La fagocitosi è uno dei meccanismi di difesa più basilari e, allo stesso tempo, più efficaci del corpo umano. Il corretto funzionamento del processo di fagocitosi è una componente essenziale di una corretta risposta immunitaria. Scopri cos'è esattamente la fagocitosi, come funziona la fagocitosi, perché è necessaria la fagocitosi e quali effetti possono avere i disturbi della fagocitosi?
La fagocitosi è l'ingestione di agenti patogeni, frammenti di cellule morte e minuscole particelle da parte di cellule specializzate chiamate fagociti. La fagocitosi può essere paragonata alla "pulizia" a livello cellulare: consente alle cellule di sbarazzarsi di elementi non necessari o pericolosi.
Sommario:
- Cos'è la fagocitosi?
- Il ruolo della fagocitosi nel corpo
- Quali cellule hanno la capacità di fagocitare?
- Fagocitosi - tipi
- fagocitosi spontanea (cosiddetta nativa)
- fagocitosi facilitata
- Fagocitosi - fasi
- Fagocitosi - e cosa dopo?
- Modi per evitare la fagocitosi da microrganismi
- Disturbi della fagocitosi
- Malattia granulomatosa cronica
- Sindrome di Chediak-Higashi
Cos'è la fagocitosi?
La fagocitosi è un processo biologico in cui una cellula assorbe particelle estranee. Il fenomeno della fagocitosi è comune in molti organismi viventi: i più primitivi (ad esempio i protozoi) usano la fagocitosi come mezzo per prendere cibo dall'ambiente esterno.
Negli esseri umani, la capacità di fagocitare viene utilizzata principalmente dalle cellule del sistema immunitario.
La fagocitosi è uno dei meccanismi dell'immunità innata o aspecifica. Il processo di fagocitosi è quindi una delle prime e fondamentali linee di difesa del nostro corpo. Oltre al suo ruolo nel sistema immunitario, la fagocitosi è di grande importanza per mantenere l'omeostasi (o l'equilibrio) dei tessuti.
La fagocitosi consente la rimozione delle cellule morte e danneggiate del proprio corpo, che a sua volta consente un'efficiente rigenerazione e ricostruzione di tutti i tessuti.
La fagocitosi è un tipo di endocitosi, ovvero il trasferimento di molecole dall'ambiente esterno all'interno della cellula. Nella fagocitosi le particelle solide vengono assorbite: la cellula fagocitica prima le circonda con un frammento della propria membrana cellulare e poi lo attira all'interno. Questo crea una vescicola contenente una particella assorbita, chiamata fagosoma.
Il contenuto dei fagosomi viene quindi digerito con una varietà di sostanze chimiche ed enzimi. L'intero processo assomiglia al "mangiare" della particella da parte della cellula, che si riflette anche nel termine fagocitosi.
Il nome deriva dal greco phagein, che significa "mangiare, divorare".
La fagocitosi si verifica costantemente nel nostro corpo: miliardi di fagociti "mangiano" costantemente microrganismi pericolosi, frammenti di cellule morte o particelle non necessarie. È un processo comune, anche se estremamente complicato.
Il corretto riconoscimento del bersaglio da parte della cellula fagocitica e la corretta interazione tra il fagocita e il bersaglio di "attacco" richiede la collaborazione continua di una varietà di proteine, molecole di segnalazione, anticorpi e cellule helper.
Il ruolo della fagocitosi nel corpo
Non è difficile intuire che l'applicazione di base del processo di fagocitosi è la difesa del nostro corpo contro i patogeni. La penetrazione di un agente infettivo nel corpo avvia una cascata di segnali per "chiamare" le cellule fagocitiche nel sito dell'infezione.
Inizia l'infiammazione acuta, il cui ruolo è neutralizzare l'agente patogeno. I fagociti scorrono con il sangue alla lesione, costituendo uno dei meccanismi più importanti della risposta immunitaria primaria. Nel sito dell'infiammazione, i fagociti "mangiano" sia gli agenti patogeni che le cellule danneggiate da essi.
Nel corso dell'infezione c'è un altro tipo molto importante di fagocitosi. È la cosiddetta eferocitosi.
Il processo di eferocitosi comporta la deglutizione delle cellule morenti quando l'infiammazione si attenua. Una volta che i fagociti hanno svolto la loro funzione ed eliminato i patogeni, diventano inutili.
Poi muoiono naturalmente, seguita da eferocitosi, cioè "pulire il campo di battaglia". Questo tipo di fagocitosi riduce l'infiammazione e consente al corpo di tornare al suo stato pre-infezione.
A questo punto vale la pena sottolineare che la morte delle cellule del nostro corpo è un processo che si verifica costantemente, non solo a seguito di un'infezione. Ogni cellula ha una durata di vita specifica, dopodiché muore e viene sostituita con una nuova. Il processo di morte cellulare programmata è chiamato apoptosi.
L'apoptosi è un fenomeno naturale che permette ai nostri tessuti di rinnovarsi costantemente. Affinché le cellule morenti possano essere sostituite con le loro nuove controparti, devono prima essere ripulite. Come puoi facilmente intuire, questo è anche compito dei fagociti.
Le cellule apoptotiche (morenti) emettono segnali speciali sulla superficie delle loro membrane cellulari, che ne consentono il riconoscimento e la neutralizzazione da parte dei fagociti.
In questo caso, la fagocitosi si verifica senza infiammazione. Vediamo quindi che la fagocitosi non è solo un metodo di difesa contro i microrganismi estranei, ma anche un processo che permette lo sviluppo, il rimodellamento e il rinnovamento di tutti i tessuti.
Quali cellule hanno la capacità di fagocitare?
Le cellule in grado di eseguire la fagocitosi sono chiamate fagociti. A seconda dell'efficienza e dell'efficacia della fagocitosi, distinguiamo i cosiddetti fagociti professionali e non professionali.
I fagociti non professionisti affrontano la fagocitosi su base "occasionale": questo processo non è il loro compito principale. A volte, tuttavia, ci sono particelle / frammenti di cellule morte nelle vicinanze di queste cellule che richiedono la pulizia.
Quindi mostrano una certa attività fagocitica, sebbene rispetto ai fagociti professionali, sia significativamente limitata e meno efficace. Molti tipi di cellule sono classificati come fagociti non professionali, incl. cellule epiteliali, alcune cellule del tessuto connettivo e l'endotelio vascolare.
I fagociti professionali sono le principali cellule responsabili della fagocitosi nel nostro corpo. Tra questi, distinguiamo principalmente neutrofili, monociti e macrofagi. Queste cellule appartengono alla famiglia dei leucociti, o globuli bianchi, che svolgono principalmente funzioni immunitarie. Tutti e tre i tipi di fagociti professionali sono specializzati nella fagocitosi, sebbene ciascuno lo compia in modo leggermente diverso.
I neutrofili sono le principali cellule responsabili dello sviluppo dell'infiammazione acuta. In circostanze normali, i neutrofili circolano con il sangue in tutto il corpo. Quando inizia un'infezione, queste cellule si raggruppano immediatamente nel centro della malattia. La fagocitosi mediata dai neutrofili è rapida e intensa: queste cellule hanno un'ampia varietà di modi per inattivare i patogeni assorbiti.
I monociti, come i neutrofili, circolano nel flusso sanguigno, tuttavia, possono lasciare il flusso sanguigno e colonizzare vari tessuti. I monociti maturi si trasformano quindi in macrofagi tissutali. La fagocitosi mediata dai macrofagi è meno rapida e molto più lenta. I macrofagi sono il principale pool di cellule che si trovano nei siti di infiammazione cronica.
Fagocitosi - tipi
La fagocitosi è un processo complesso che dipende dal tipo di cellula fagocitica, dall'oggetto sottoposto a fagocitosi e da molte molecole intermedie. Esistono due vie fondamentali della fagocitosi:
- fagocitosi spontanea (cosiddetta nativa)
È una fagocitosi relativamente lenta che raramente è coinvolta nella risposta antimicrobica. Il ruolo della fagocitosi spontanea è quello di rimuovere le cellule morte e "ripulire" gli elementi non necessari all'interno dei tessuti. Per iniziare la fagocitosi spontanea, è necessario stimolare il cosiddetto "recettori scavenger" presenti principalmente sui macrofagi. Questo tipo di fagocitosi è di natura antinfiammatoria.
- fagocitosi facilitata
La fagocitosi facilitata è molto più veloce ed efficiente della fagocitosi spontanea. Grazie a ciò, è altamente efficace nel distruggere gli agenti patogeni. Affinché il processo di fagocitosi avvenga in modo così intenso, sono necessarie - come suggerisce il nome - alcune strutture.
Come possono i fagociti facilitare la loro attività? Uno dei metodi più comuni consiste nel "contrassegnare" in modo specifico gli oggetti che dovrebbero essere eliminati. Questo processo è chiamato opsonizzazione.
L'essenza dell'opsonizzazione è l'attaccamento di alcune molecole alla superficie del microrganismo. Questo patogeno "marcato" viene rapidamente preso di mira e distrutto dalle cellule del cibo. Le molecole che consentono l'opsonizzazione sono chiamate opsonine. Questi sono principalmente anticorpi e componenti del cosiddetto il sistema del complemento.
Le opsonine riconoscono efficacemente gli agenti patogeni, li marcano e quindi facilitano in modo significativo il corso del processo di fagocitosi.
Fagocitosi - fasi
Sappiamo già quali cellule, quando e perché, sono coinvolte nella fagocitosi. Quindi proviamo a seguire da vicino questo processo:
1. Attivazione e afflusso di fagociti nel sito dell'infezione
La penetrazione del microrganismo nell'organismo provoca l'immediata stimolazione del sistema immunitario. Le cellule nel cancello dell'infezione iniziano a inviare un segnale di una minaccia esistente.
Le molecole messaggere (principalmente le cosiddette citochine proinfiammatorie) si diffondono nel flusso sanguigno. In questo modo, i fagociti "apprendono" di essere stati infettati e attivati.
I fagociti attivati raggiungono il sito di infezione con il sangue. L'afflusso efficiente di fagociti nella posizione corretta è possibile grazie al cosiddetto chemiotassi. È un processo di movimento cellulare diretto sotto l'influenza di segnali chimici.
I fagociti attivi hanno anche la capacità di passare attraverso le pareti dei vasi sanguigni, creando un infiltrato infiammatorio nel sito dell'infezione.
2. Riconoscimento dell'agente patogeno
Quando i fagociti raggiungono il sito dell'infezione, iniziano a riconoscere i patogeni. Questo processo è spesso facilitato da altre molecole (vedere la sezione 4 per la fagocitosi facilitata). Ogni fagocita ha sulla superficie della sua membrana cellulare il cosiddetto recettori, cioè proteine che consentono il riconoscimento di varie molecole.
Quando i recettori responsabili del riconoscimento dei microrganismi vengono stimolati, il fagocita si lega strettamente al bersaglio del suo attacco.
3. Assorbimento dell'agente patogeno
Il fagocita "attaccato" al patogeno avvia il processo di assorbimento. La membrana cellulare dei fagociti inizia a circondare il patogeno, "arrampicandosi" sui suoi bordi. Questo crea una vescicola contenente il microrganismo. Questa vescicola, chiamata fagosoma, è ora all'interno della cellula fagocitica. Per rendere completamente innocuo il microrganismo, è necessario distruggere il contenuto del fagosoma.
Digestione dei contenuti dei fagosomi
Affinché il contenuto del fagosoma possa essere digerito, è necessario fornire enzimi digestivi al suo interno. Tali enzimi sono immagazzinati in speciali vescicole chiamate lisosomi.
L'ultima fase della fagocitosi richiede quindi la combinazione del contenuto dei lisosomi con il contenuto del fagosoma: ecco come il cosiddetto fagolisosoma.
Gli enzimi nei lisosomi possono abbattere le sostanze chimiche più complesse, distruggendo il microrganismo. L'eliminazione di un agente patogeno con la partecipazione di enzimi digestivi è chiamata indipendente dall'ossigeno.
Come puoi facilmente intuire, esiste anche l'eliminazione dipendente dall'ossigeno. È molto più rapido ed efficace, ma solo alcuni fagociti possono farlo. L'eliminazione dipendente dall'ossigeno avviene solo nelle cellule in grado di generare il cosiddetto "esplosione di ossigeno".
Un'esplosione di ossigeno è un rilascio improvviso di specie di ossigeno altamente reattive (ad es. Perossido di idrogeno), che ha un forte effetto antimicrobico. Un'esplosione di ossigeno avvia una serie di reazioni chimiche che portano alla rapida eliminazione dei patogeni. La distruzione dei microbi dipendente dall'ossigeno è caratteristica principalmente dei neutrofili.
Fagocitosi - e cosa dopo?
Il processo di fagocitosi termina con la digestione del contenuto dei fagosomi all'interno della cellula. Cosa succede accanto ai detriti delle particelle distrutte? La cellula fagocitica si sbarazza della maggior parte dei prodotti non necessari semplicemente "gettandoli" all'esterno. Tuttavia, parte del materiale rimasto dopo la digestione può essere molto utile.
Alcuni fagociti svolgono anche altri ruoli nel sistema immunitario. Un buon esempio sono i macrofagi, che oltre alla fagocitosi, si occupano anche della cosiddetta presentazione di antigeni. La presentazione dell'antigene si basa sulla visualizzazione di frammenti di altre cellule immunitarie di microrganismi distrutti.
Dopo la fine della fagocitosi dell'agente patogeno, il macrofago espone una parte del materiale fagocitato sulla sua superficie e quindi "viaggia" con esso in tutto il corpo.
Ogni singola cellula del sistema immunitario che incontra "impara" a riconoscere uno specifico patogeno. Questo fenomeno è estremamente importante nella costruzione di meccanismi efficienti di difesa antimicrobica.
Vale anche la pena sapere che il processo di fagocitosi non finisce sempre con la distruzione finale del microrganismo. Esistono agenti patogeni che possono sopravvivere all'interno dei fagosomi grazie a meccanismi di difesa appositamente sviluppati. Un buon esempio sono i bacilli della tubercolosi che possono sopravvivere all'interno dei macrofagi per molti anni.
Modi per evitare la fagocitosi da microrganismi
La fagocitosi come mezzo per eliminare gli "oppositori biologici" è un meccanismo molto antico. Per questo motivo, alcuni microrganismi sono riusciti a sviluppare modi per evitare o sopravvivere alla fagocitosi. Ecco i loro esempi:
- uccidere i fagociti
Il modo più semplice per evitare la fagocitosi sembra essere neutralizzare la cellula che la causa. Alcuni microrganismi hanno la capacità di produrre sostanze che danneggiano irreversibilmente i fagociti. Un esempio di un tale agente patogeno è lo stafilococco aureus (latino. Staphylococcus aureus), producendo tossine che, distruggendo le membrane cellulari dei fagociti, provocano la loro morte.
- estinzione della risposta infiammatoria
L'infiammazione nella porta dell'infezione facilita la trasmissione di un segnale di infezione. Grazie ad esso, è possibile l'attivazione e l'arrivo dei fagociti nella posizione corretta. Esistono agenti patogeni che possono mascherarsi in modo tale da non essere riconosciuti dal sistema immunitario dell'ospite e da evitare di provocare infiammazioni.
- evitando l'opsonizzazione
Opsonizzazione, o "etichettatura" speciale di agenti patogeni, è uno dei modi più efficaci per facilitare la fagocitosi. Non c'è da stupirsi che i microbi cerchino di evitarlo. Alcuni ceppi di stafilococchi possono distruggere le opsonine o nasconderle sulla loro superficie.
- evitando il riconoscimento dei fagociti
Affinché la fagocitosi possa iniziare, è necessario riconoscere la nocività di un dato microrganismo da parte del fagocita. Alcuni agenti patogeni, come le spirochete Treponema pallidum che causano la sifilide possono attaccarsi ai loro antigeni di superficie simili alle cellule ospiti. Il sistema immunitario li riconosce quindi come propri, il che consente agli agenti patogeni di evitare la fagocitosi.
- blocco della produzione di fagosomi
Una delle fasi chiave della fagocitosi è circondare il microrganismo attaccato con una vescicola, che viene quindi assorbita nella cellula. In natura, tuttavia, ci sono molti modi per evitarlo. Alcuni microbi producono sostanze che abbattono la parete dei fagosomi. Un meccanismo diverso è utilizzato dal bastoncino di olio blu (Pseudomonas aeruginosa). Questo batterio produce un rivestimento scivoloso (biofilm) attorno a se stesso che impedisce la formazione di una bolla.
- sopravvivenza all'interno del fagocita
Il fagolisosoma diventa l'habitat finale dei patogeni durante la fagocitosi. Il suo ambiente è estremamente ostile; è pieno di enzimi e sostanze letali. Tuttavia, i microrganismi possono sviluppare meccanismi che consentono loro di sopravvivere anche in condizioni così difficili. Un esempio è la tubercolosi (Mycobacterium tuberculosis). Questo batterio ha sviluppato una speciale membrana cellulare con un contenuto lipidico molto elevato che non è influenzato dagli enzimi digestivi standard.
- fuga dal fagosoma
Per quanto possa sembrare incredibile sfuggire al fagosoma, ci sono davvero dei microbi che hanno sviluppato un meccanismo di difesa così intelligente. Listeria monocytogenes produce sostanze che possono distruggere la parete dei fagosomi. Inoltre, questo patogeno, dopo essere fuggito dal fagosoma, può moltiplicarsi all'interno del fagocita, e anche uscire oltre i suoi limiti.
Disturbi della fagocitosi
Un corretto funzionamento del processo di fagocitosi è di fondamentale importanza per il funzionamento efficiente del sistema immunitario. I disturbi in alcune fasi della fagocitosi sono alla base delle malattie da immunodeficienza. Esempi di tali condizioni sono:
- Malattia granulomatosa cronica
La causa della malattia granulomatosa cronica è un disturbo della fagocitosi nella fase di generazione di una scarica di ossigeno. La mancanza di un enzima appropriato (la cosiddetta NADPH ossidasi) impedisce la formazione di specie reattive dell'ossigeno, che a sua volta non consente una rapida ed efficace eliminazione dei microrganismi.
Il danno enzimatico è genetico, quindi non esiste ancora un trattamento causale della malattia. La malattia granulomatosa cronica causa frequenti infezioni e formazione di ascessi e granulomi a causa dell'inefficace sistema di eliminazione dei patogeni intracellulari.
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- Sindrome di Chediak-Higashi
Nella sindrome di Chediak-Higashi, c'è un difetto nella fagocitosi nella fase della connessione fagosoma-lisosoma. Una mutazione genetica di una delle proteine impedisce il trasferimento degli enzimi digestivi alla vescicola contenente l'agente patogeno, impedendone così l'eliminazione.
Oltre a una significativa compromissione dell'immunità, anche albinismo e disturbi del sistema nervoso sono caratteristici della sindrome di Chediak-Higashi.
Bibliografia:
- "Fagocitosi: un processo fondamentale nell'immunità" C. Rosales, E. Uribe-Querol, Biomed Res Int. 2017
- "Controllo della fagocitosi da patogeni microbici" di C. Rosales, E. Uribe-Querol Front Immunol. 2017
- "Immunologia" K.Bryniarski, Edra Urban & Partner Wrocław 2017, 1a edizione
- "Phagocytosis: An Immunobiologic Process" S. Gordon, Immunity, Review, Volume 44, issue 3, P463-475, March 15, 2016
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